柴油发电机组的自动控制系统
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机电工程
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柴油发电机组的自动控制系统
吴根忠% , 谢庆伟! , 潘东浩!
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电压取样电路
在柴油机未工作时, 按下 “试验” 按钮, 就能立刻 起动柴油机, 以检查柴油机是否能正常工作。启动 柴油机后, 就能查看柴油发电机组和蓄电池电压等 有关电参数; 按下 “参数显示” 按钮, 能查看电网及柴
图# 频率取样电路
油发电机组的电压、 频率、 电流和蓄电池电压等参 数; 按下 “错误显示” 按钮, 能查看近期出现过的故 障, 如柴油机 ! 次起动失败、 电网或柴油发电机组电 压过高或过低、 柴油机无油压、 频率过低等。 若长时间未按键, 显示部分自动切换为轮流显 示状态: 在电网供电时依次显示电网的电压、 频率、 电流; 在柴油机供电时依次显示柴油发电机组的电 压、 频率、 电流。 ! 系统硬件 为提高系统的可靠性, 控制系统把控制和显示 设计为相对独立的两部分,相互之间通过通讯传送 数据。这样, 可以根据实际情况把控制部分安装在 合适的位置, 使其受到的干扰最小, 而显示部分则可 以安装在便于观察的位置。 控制部分的输入信号包括: 电网的电压、 频率; 柴油发电机组电压、 频率; 负载电流; 蓄电池电压和 “试验” 按钮。输出信号均通过小型继电器触点输 出, 包括: 电网并网信号、 柴油发电机组并网信号、 柴 油机起动信号、 柴油机停机信号。控制板的线路图, 如图 ! 所示。 显示部分的输入信号有: “ 参数显示” 按钮、 “错 误显示” 按钮; 无输出信号。 为防止在电网或柴油机供电时, 因电压低而不 能使接触器可靠工作, 在本控制系统中采用了 *+$ 型双投式自动转换开关, 它实际上是一种具有一组 转换触点的空气开关。这样, 只要在切换时电压是 正常的, 就能保证转换开关可靠工作。 系统还提供了与微机通讯的标准 ,-#!# 口, 只 要在微机上运行相应的通讯程序, 就能在微机上显 示实时的运行情况: 是处于电网供电状态还是柴油 机供电状态, 电压、 频率、 电流及蓄电池电压的数值,
摘
要: 介绍的控制系统通过自动检测电网的频率和电压, 能在电网断电时, 自动启动柴油发电机
组供电给负载, 并能自动监控柴油机组的运行状况。系统中的励磁调节器能使柴油发电机组的输 出电压保持恒定。该系统还具有 ,-!*! 口, 能与上微机通讯, 实现远程监控。 关键词: 自动控制系统; 单片机; 柴油发电机组 中图分类号: ./*%+; .0!1* 2 ) ( 文献标识码: 3 文章编号: (!""!) %""% # +((% "( # """& # "+
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机在刚开始起动时, 输出的电压较低, 因此在起动过 程中, 不以电压作为是否起动成功的标志, 而以频率 和柴油机油压作为标志。在起动过程中检测到柴油
机的油压为高, 或检测到频率在一段时间内连续上 升, 才认为起动成功。为提高系统的可靠性, 允许柴 油机连续起动 ! 次, 每次起动时间约 !", 间隔 #"。
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万方数据 作者简介: 吴根忠 (%&’( # ) , 男, 浙江上虞人, 工学硕士, 浙江工业大学信息学院副教授, 基础实验室主任, 主要研究方向: 机电智能控制。
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随着自动化程度的提高, 通讯系统的许多差转台 和部分电力系统设施都实现了无人值班运行。为保 证设备的正常运行, 首先必须保证设备的正常供电。 柴油发电机组的自动控制系统, 能实现以下的功能: 当电网正常时, 仪器设备由电网供电; 当电网不正常 时, 立刻起动柴油发电机组, 由柴油发电机组供电; 当 电网恢复正常后, 恢复电网供电, 并关闭柴油机组。 该系统还能与上微机进行通讯, 实现远程监控。 由于该系统中需同时测量电网、 柴油机的频率 量, 电压、 电流和蓄电池的电压等的模拟量, 还要实 现 控 制 板 与 显 示 板、 控 制 板 与 微 机 的 通 讯, 而 (计 数 器) 0?V%’V1+ 单片机中的 * 个定时 器 ./,"、 ./,%、 ./,! 可用于实现定时, ! 个捕捉 W 比较 W 脉宽 调制端口用于频率测量, 片内的 3 W E 口用于测量电 压、 电流等模拟量, 同步串行口可用于控制板与显示 板的通讯, 异步串行通讯口 ( -V?) 可实现控制板与微 机的通讯, 因此在该系统中选用了 0?V%’V1+ 单片机 作为控制系统的核心, 使得控制系统硬件变得较为 简单。同时因为 0?V 系列单片机的指令均为单字节
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指令, 且具有内部上电复位电路、 内部掉电锁定电路 和看门狗计时器, 极大地提高了系统的可靠性。 % %X% 运行状态 电网供电 在电网供电时, 需要检测电压、 电流、 频率等参 数, 电压的取样电路, 如图 % 所示, 电压信号经全桥 整流、 放大后转换为直流信号送到单片机的 3 W E 口, 电流的取样电路类似。频率信号同样从电压互 感器取得, 转换为方波信号后送到单片机的捕捉端 口 (VV0%) , 如图 ! 所示。当检测到的电网电压、 频 率值都在正常范围内时, 由电网供电; 当超过设定的 上限或下限时, 即判定为电网供电不正常, 并立即启 动柴油机, 进入柴油机启动状态。 %X! 柴油机启动 在柴油机起动过程中, 不仅要检测柴油发电机 组的电压、 电流、 频率和柴油机的油压, 还需判断柴 油机是否起动成功。由于柴油机启动过程中对信号 的干扰较大, 电量参数的测量及是否成功起动的判 别, 是该控制系统的核心之一。由于柴油发电机组
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摘
要: 根据 !"#$ 轧机在线磨辊装置的电气及液压驱动系统的测控要求, 提出了以单片机为核心
的微机测控系统的设计方案, 并详细阐述了单片机测控系统的硬件组成、 软件设计。 关键词: 在线磨辊装置; 单片机; 测控系统 中图分类号: &’((( ) !! 文献标识码: * 文章编号: (,$$,) !$$! + %""! $" + $$!, + $(
如果 ! 次起动均未成功, 则禁止柴油机起动并 报错。考虑到蓄电池电压低时, 也可能使柴油机起 动失败, 因此在起动过程中, 若检测到蓄电池电压 低, 则通过蜂鸣器蜂鸣提示。而当电网恢复正常后, 蓄电池会被充电, 此时允许再次起动柴油机。如果 柴油机启动成功, 则进入柴油发电机组供电状态。 $%! 柴油发电机组供电 在柴油发电机组供电时, 同样要检测柴油发电 机组的电压、 电流和柴油机的油压。在正常运行时, 当检测到的电压、 频率超过设定的上下限 (负载) 时, 即切断负载, 柴油发电机组处于空载运行状态; 在空 载时, 如果检测到的电压、 频率又超过设定的上下限 (空载) 时, 即认为柴油机故障, 停机报错。不论是在 空载还是负载, 只要检测到柴油机的油压为低, 即认 为柴油机工作不正常, 停机报错。 该系统中还具有一个励磁调节装置, 它能实现 柴油发电机组的低频保护, 当系统供电的频率较低 时起到保护作用, 同时通过电压和电流的矢量合成 及 &’( 调节, 能恒定柴油机组的输出电压, 即使当负 载有较大变化时也能使输出电压的变化小于 $) , 保证负载 (设备) 的正常运行。 考虑到电网有时会有短暂供电的情况出现, 为 避免设备供电的经常切换, 在此状态下, 如果电网恢 复正常, 则延时几秒后才切换至电网运行状态, 然后 再延时几分钟, 才停止柴油机运行。这样就能保证 只有在电网确实已恢复正常后, 才切换至电网供电, 同时也避免柴油机的频繁启动。 # 系统操作 为便于操作, 系统设置了 “试验” 、 “ 参数显示” 、 万方数据 “错误显示” ! 个按钮。
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还能查看近期发生的故障情况。 ! 软件 为使该系统能适用于不同场合, 程序中对许多 参数设置了相应的变量, 如蓄电池电压最小值、 频率 最小值 (最大值) 、 电压最小值 (最大值) 、 电流限定 值、 延时时间等, 可以非常方便地对这些参数进行修
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电压取样电路
在柴油机未工作时, 按下 “试验” 按钮, 就能立刻 起动柴油机, 以检查柴油机是否能正常工作。启动 柴油机后, 就能查看柴油发电机组和蓄电池电压等 有关电参数; 按下 “参数显示” 按钮, 能查看电网及柴
图# 频率取样电路
油发电机组的电压、 频率、 电流和蓄电池电压等参 数; 按下 “错误显示” 按钮, 能查看近期出现过的故 障, 如柴油机 ! 次起动失败、 电网或柴油发电机组电 压过高或过低、 柴油机无油压、 频率过低等。 若长时间未按键, 显示部分自动切换为轮流显 示状态: 在电网供电时依次显示电网的电压、 频率、 电流; 在柴油机供电时依次显示柴油发电机组的电 压、 频率、 电流。 ! 系统硬件 为提高系统的可靠性, 控制系统把控制和显示 设计为相对独立的两部分,相互之间通过通讯传送 数据。这样, 可以根据实际情况把控制部分安装在 合适的位置, 使其受到的干扰最小, 而显示部分则可 以安装在便于观察的位置。 控制部分的输入信号包括: 电网的电压、 频率; 柴油发电机组电压、 频率; 负载电流; 蓄电池电压和 “试验” 按钮。输出信号均通过小型继电器触点输 出, 包括: 电网并网信号、 柴油发电机组并网信号、 柴 油机起动信号、 柴油机停机信号。控制板的线路图, 如图 ! 所示。 显示部分的输入信号有: “ 参数显示” 按钮、 “错 误显示” 按钮; 无输出信号。 为防止在电网或柴油机供电时, 因电压低而不 能使接触器可靠工作, 在本控制系统中采用了 *+$ 型双投式自动转换开关, 它实际上是一种具有一组 转换触点的空气开关。这样, 只要在切换时电压是 正常的, 就能保证转换开关可靠工作。 系统还提供了与微机通讯的标准 ,-#!# 口, 只 要在微机上运行相应的通讯程序, 就能在微机上显 示实时的运行情况: 是处于电网供电状态还是柴油 机供电状态, 电压、 频率、 电流及蓄电池电压的数值,
摘
要: 介绍的控制系统通过自动检测电网的频率和电压, 能在电网断电时, 自动启动柴油发电机
组供电给负载, 并能自动监控柴油机组的运行状况。系统中的励磁调节器能使柴油发电机组的输 出电压保持恒定。该系统还具有 ,-!*! 口, 能与上微机通讯, 实现远程监控。 关键词: 自动控制系统; 单片机; 柴油发电机组 中图分类号: ./*%+; .0!1* 2 ) ( 文献标识码: 3 文章编号: (!""!) %""% # +((% "( # """& # "+
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机在刚开始起动时, 输出的电压较低, 因此在起动过 程中, 不以电压作为是否起动成功的标志, 而以频率 和柴油机油压作为标志。在起动过程中检测到柴油
机的油压为高, 或检测到频率在一段时间内连续上 升, 才认为起动成功。为提高系统的可靠性, 允许柴 油机连续起动 ! 次, 每次起动时间约 !", 间隔 #"。
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摘
要: 根据 !"#$ 轧机在线磨辊装置的电气及液压驱动系统的测控要求, 提出了以单片机为核心
的微机测控系统的设计方案, 并详细阐述了单片机测控系统的硬件组成、 软件设计。 关键词: 在线磨辊装置; 单片机; 测控系统 中图分类号: &’((( ) !! 文献标识码: * 文章编号: (,$$,) !$$! + %""! $" + $$!, + $(
如果 ! 次起动均未成功, 则禁止柴油机起动并 报错。考虑到蓄电池电压低时, 也可能使柴油机起 动失败, 因此在起动过程中, 若检测到蓄电池电压 低, 则通过蜂鸣器蜂鸣提示。而当电网恢复正常后, 蓄电池会被充电, 此时允许再次起动柴油机。如果 柴油机启动成功, 则进入柴油发电机组供电状态。 $%! 柴油发电机组供电 在柴油发电机组供电时, 同样要检测柴油发电 机组的电压、 电流和柴油机的油压。在正常运行时, 当检测到的电压、 频率超过设定的上下限 (负载) 时, 即切断负载, 柴油发电机组处于空载运行状态; 在空 载时, 如果检测到的电压、 频率又超过设定的上下限 (空载) 时, 即认为柴油机故障, 停机报错。不论是在 空载还是负载, 只要检测到柴油机的油压为低, 即认 为柴油机工作不正常, 停机报错。 该系统中还具有一个励磁调节装置, 它能实现 柴油发电机组的低频保护, 当系统供电的频率较低 时起到保护作用, 同时通过电压和电流的矢量合成 及 &’( 调节, 能恒定柴油机组的输出电压, 即使当负 载有较大变化时也能使输出电压的变化小于 $) , 保证负载 (设备) 的正常运行。 考虑到电网有时会有短暂供电的情况出现, 为 避免设备供电的经常切换, 在此状态下, 如果电网恢 复正常, 则延时几秒后才切换至电网运行状态, 然后 再延时几分钟, 才停止柴油机运行。这样就能保证 只有在电网确实已恢复正常后, 才切换至电网供电, 同时也避免柴油机的频繁启动。 # 系统操作 为便于操作, 系统设置了 “试验” 、 “ 参数显示” 、 万方数据 “错误显示” ! 个按钮。
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万方数据
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还能查看近期发生的故障情况。 ! 软件 为使该系统能适用于不同场合, 程序中对许多 参数设置了相应的变量, 如蓄电池电压最小值、 频率 最小值 (最大值) 、 电压最小值 (最大值) 、 电流限定 值、 延时时间等, 可以非常方便地对这些参数进行修